专利名称：一种低成本超级运算系统及其实现方法
技术领域：
本发明属于计算机技术领域，特别涉及低成本建立的具有高速处理性能的 计算机系统。
背景技术：
高性能计算(High Performance Computing — HPC)解决了世界上最为复 杂和艰巨的计算难题，并且能够轻松处理。如地球物理、天文计算、工程仿真、 气象建模、模拟撞车试验、人体基因绘图以及核爆炸模拟等多种与人类生命相 关的重要领域都要用到HPC。突飞猛进的性能、急剧下降的成本以及势如潮涌 的霈求等众多因素，要求HPC迅速走出科学研究实验室，步入主流商业领域。
另一方面，基于X86架构技术的HPC设备已经实现了优异的性能、可扩充 性、灵活性和升级能力-而成本只是基于RISC的专有HPC集群和超级计算机的 几分之一。此外，Linux在IT业里已经有着非常重要的影响，除了其具有免费、 高效、可靠等优势外，对于计算机科学家和那些需要进行大量运算的科学家来 说，它还是一个非常强大的工具。因为，可以使用基于Beowulf集群理论，使 用普通的PC在Linux环境下基于PXE技术做成一种低成本超级运算系统来解决 所面临的问题，并且这种系统所具有的价格优势是传统的并行计算机所无法比 拟的。具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是针对现有科研及企业海量数据计算的需求，提供一种高集 成度、低成本与高处理性能为一体的高性能计算机系统。本发明的另一 目的在于提供一种该计算机系统的实现方法。 为了实现发明目的一，采用的技术方案如下
一种低成本超级运算系统，包括一个头节点和多个子节点，头节点与子节 点通过桥接设备连接，头节点设置有处理器和硬盘，子节点设置有处理器，头 节点和子节点均还设置有双网卡，通过该双网卡与桥接设备相连。
上述技术方案屮，所述头节点采用普通PC，所述子节点为无盘子节点。
所述头节点安装有服务器版LINUX系统，而子节点则安装有桌面版 LINUX系统，并实现PXE启动。
进一步的，本发明包括3个无盘子节点，头节点及每个无盘子节点均设置 有两个千兆网卡，所述桥接设备采用千兆交换机，头节点和三个无盘子节点通 过千兆交换机组成系统。
为了实现发明目的二，采用的技术方案如下
一种低成本超级运算系统的实现方法，包括系统安装和无盘节点安装； 所述系统安装采用Ubiintu对头节点的硬盘进行分区，分为root分区、home
分区、交换分区和无盘节点root分区；
所述无盘节点安装采用Ubuntu服务器版CD替换Ubuntu桌面版CD,然后
启动头节点，在头节点的无盘节点root分区进行安装，对应每个无盘子节点重
复安装过程，或者是安装其中一个无盘子节点，并将该安装内容复制到其它无
盘节点root分区上。
上述技术方案中，还包括远程启动过程，具体包括先在头节点安装NFS、 DHCP和TFTP服务，然后在头节点配置PXE，最后再进行无盘子节点的配置操作。
本发明具有以下优点
1、成本低廉，采用市面上常用的电子设备即可实现，同时便于维护；
2、 操作系统采用Linux,可以通过网络下载，方便进行并行运算；
3、 具有髙运算能力，4个节点系统其总运算能力为20 GFlops，即每秒进 行200亿次双精度浮点运算。还可以根据实际需要进行扩展，提髙运算能力， 实现性能的几何增长；
4、 结构简单，体积小巧，节约能源，传统的超级计算系统大多体积庞大， 能源消耗巨大，本系统可以采用普通PC电源供电，能耗和占用空间极小。
图1是本发明的组成结构示意框图； 图2是本发明的具体实施方式
示意框图； 图3是本发明的产品设计图。
具体实施方式
下面结合附图对木发明做进一歩的说明。
本发明是由普通PC配件和网络产品组成，利用PC配件组装无盘系统(本 系统可以扩展，在此以一个头节点和三个子节点为例)，包括头节点NodeO、无 盘子节点Nodel、无盘子节点Node2以及无盘子节点Node3通过千兆交换机G 连接而组成，如附图1、图2所示。其中头节点Node0的组装如同普通PC组装 方式，其硬盘共250G的存储容量，主板板载了一个千兆网卡，利用其PCI-E 插槽添加了一块千兆网卡，同时该节点外接显示器。子节点(包括Nodel、Node2、 Node3)的组装不需要硬盘和光驱，但是同样在PCI-E插槽增加一块千兆网卡。 诸节点之间通过千兆交换机G连接。由于每块主板具有双网卡，可以把头节点 板载网卡的IP地址设置为192.168.2.1，而PCI-E网卡IP地址设置为 192.168. 3.1.其他子节点IP地址可以根据对应头节点网卡设置。操作系统方 面，头节点安装服务器版Linux系统，而子节点可以安装桌面版即可。同时需
要安装NFS、 DHCP和TFTP服务，最后通过替换Linux内核代码，实现PXE启动。 之后既可以启动这台小型髙性能设备。
系统安装过程如附图3所示，其中H表示硬盘Hard Driver, D为DVD光 驱(DVD Driver), P为电源(Power), G为千兆交换机，B为宝丽板，M为电脑 主板(Mother Board)。
首先是将主板M固定在宝丽板B上，并将PC配件按照要求分别组建节点 Node0、 Nodel、 Node2、 Node3。然后首先对头节点Node0进行系统安装。
采用Ubuntu7.10for 64-bit pc系统，可以通过www. ubuntu. com免费下 载。对硬盘H进行磁盘分区
(1) 50 GB作为root ( / )分区；
(2) 150 GB留给/home ;
(3) 1GB交换分区；
(4) 开辟3个分区，每个分区共10Gb，作为无盘节点的root分区。 头节点安装有两个网卡.其中两个使用的方法是并连接到千兆交换机上
(一个是板载千兆网卡， 一个是插在pci-e的千兆网卡)，即ethO和ethl是 千兆网卡。
eth0的ip设置为192.168. 2.1 子网掩码255. 255. 255.0， ethl是192.168. 3.1， 子网掩码255. 255. 255.0。
安装无盘节点，用Ubuntu桌面版CD替换Ubuntu服务器版CD,然后重新 启动头节点NodeO,使用在前面分区中的无盘节点的root分区进行安装。重复 此3次，一次安装其中一个节点，或者把这次需要安装的内容复制到其他两个
无盘节点的根分区。以便迅速完成操作系统安装，无盘节点开机之后，还可以 远程启动配置。
远程启动，安装NFS、 DHCP和TFTP服务，可以参考操作系统相关说明手 册，在此不再详述。最后是PXE技术，可以从http:〃syslinux.zytor.com / pxe.php下载pxelinux，所需要的仅仅是pxelinux. 0这个文件。此外，应当用 当前的内核版本取代KERNEL一VERSION:初始化虚拟磁盘，并把初始化后的 ramdisk和内核图片放到/tftpboot目录。再通过更改根目录使其中的无盘节 点根目录成为系统的根目录。
Sudo chroot/nodes/nfs/node1/bin/bash
编辑文件/etc/initramfs-tools/initramfs. conf，设置B00T二nfs,最后
运行命令
sudo update-initramfs-u
这样就生成了一个新的虚拟磁盘，程序将会输出新创建的虛拟磁盘的文件 名，然后就是配置pxe。
创建目录/ tftpboot / pxelinux-cfg mkdir / tftpboot / pxelinux. cfg
PXE配置文件放在这个目录下，当其中某一个节点启动时，通过在目录下 寻找类似01-xx-xx-xx-xx-xx-xx格式的文件名找到相对用的配置文件,所以如 果xx是MAC的地址，那么这个文件就包含了其系统启动所需的信息。
default linux
label linux
kernel vmlinuz-KERNEL_VERSI0N
append initrd=initrd. img-KERNEL_VERSI0N\\
nfs root=192.168. 2- l:/nodes/nfs/nodel然后就是简单的无盘节点的配置工作，完成之后，系统就可以正常工作了。
权利要求
1、一种低成本超级运算系统，其特征在于包括一个头节点和多个子节点，头节点与子节点通过桥接设备连接，头节点设置有处理器和硬盘，子节点设置有处理器，头节点和子节点均还设置有双网卡，通过该双网卡与桥接设备相连。
2、 根据权利要求1所述的低成本超级运算系统，其特征在于所述头节点 采用普通PC，所述子节点为无盘子节点。
3、 根据权利要求1或2所述的低成本超级运算系统，其特征在于所述头 节点安装有服务器版LINUX系统，而子节点则安装有桌面版LINUX系统，并 实现PXE启动。
4、 根据权利要求3所述的低成本超级运算系统，其特征在于包括3个无 盘子节点，头节点及每个无盘子节点均设置有两个千兆网卡，所述桥接设备釆 用千兆交换机，头节点和三个无盘子节点通过千兆交换机组成系统。
5、 一种低成本超级运算系统的实现方法，其特征在于包括系统安装和无 盘节点安装；所述系统安装采用Ubimtu对头节点的硬盘进行分区，分为root分区、home 分区、交换分区和无盘节点ioot分区；所述无盘节点安装采用Ubuntu服务器版CD替换Ubuntu桌面版CD,然后 启动头节点，在头节点的无盘节点root分区进行安装，对应每个无盘子节点重 复安装过程，或者是安装其中一个无盘子节点，并将该安装内容复制到其它无 盘节点root分区上。
6、 根据权利要求5所述的低成本超级运算系统的实现方法，其特征在于 还包括远程启动过程，具体包括先在头节点安装NFS、 DHCP和TFTP服务，然后 在头节点配置PXE，最后再进行无盘子节点的配置操作。
全文摘要
本发明提供了一种低成本超级运算系统及其实现方法，系统包括一个头节点和多个子节点，头节点与子节点通过桥接设备连接，头节点设置有处理器和硬盘，子节点设置有处理器，头节点和子节点均还设置有双网卡，通过该双网卡与桥接设备相连；方法包括系统安装和无盘节点安装、网络配置、系统内核更新、PXE设置等；本发明针对现有科研及企业海量数据计算的需求，提供一种高集成度、低成本与高处理性能为一体的高性能计算机系统。
文档编号H04L12/28GK101340335SQ20081002768
公开日2009年1月7日 申请日期2008年4月25日 优先权日2008年4月25日
发明者周翠英, 孙志强 申请人:中山大学